数据处理与毕业论文写作

赣南师范学院2012-2013学年第2学期《数据处理与毕业论文写作》课程论文行政班级学号姓名论文题目：直接甲醇燃料电池电催化剂研究进展论文要求：结合所学专业课程的内容，自选一个论文题目。要求内容丰富、论证充分、合理、有自己的观点；格式规范、语言流畅。不允许抄袭参考文献或者其他同学的文章。教师评语：评价指标ABC评分观点正确，有自己观点，有创新性较正确，有自己的观点错误，或没有自己的观点，抄袭行文语言流畅，层次分明，中心突出语言较流畅，结构合理文字不通，条理不清论证材料丰富，论证充分，逻辑性强材料较多，论证基本合理缺乏证据，简单拼凑规范符合论文格式与规范基本符合论文格式与规范不符合论文格式与规范总成绩取平均值教师签字：年月日选课班级任课教师成绩直接甲醇燃料电池电催化剂研究进展化学化工学院罗琪1001应用化学100902030摘要：催化剂是影响燃料电池性能及其产业化进程的关键技术之一。本文在简要介绍直接甲醇燃料电池电催化反应机制的基础上综述了其阳极、阴极催化剂的研究进展。Abstract：Catalystsareextremelyimportantfortheperformanceandcommercializationoffuelcells．TheprogressesintheR&Dofanodeandcathodecatalystsfordirectmethanolfuelcen(DMFC)werereviewedonthebriefintroductionofelectrocatalysismechanismsonmethanoloxidationandoxygenreduction．关键词：直接甲醇燃料电池；阳极催化剂：阴极催化剂Keywords：directmethanolfuelcell；anodecatalyst；cathodecatalyst直接甲醇燃料电池(DMFC)具有结构紧凑、质量轻、燃料来源丰富、储存携带方便、环境友好等优点，是目前各国政府优先发展的高新技术之一，其成功开发是世界各国燃料电池研究工作者追求的目标。对DMFC而言，电催化剂的利用不仅可以加速电极反应、抑止副反应的发生，而且可以提高电池的能量输出效率和整体性能。目前，DMFC所使用的催化剂无论在阳极还是阴极均以Pt系贵金属催化剂为主，但这类催化剂不仅面临资源紧缺、价格昂贵的问题，而且甲醇阳极氧化产物CO易使其中毒也是当今研究者面临的一大难题。本文在介绍DMFC电催化反应机制的基础上综述了其阴阳极催化剂的研究进展。1.阳极催化剂1．1甲醇催化氧化机制DMFC中，甲醇在Pt系催化剂上发生的电催化氧化过程。吸附于催化剂变，且Pt：Mo=3：1(原子比)时催化剂抗CO中毒的能力和原子比为1：1的Pt．Ru催化剂相当；Grgllr等发现Pt—Mo／C在硫酸中对CO电化学氧化的催化机制与Pt-IWC相似，Ih的作用是在其表面形成Ru(OH)。而Mo原子表面则形成MoO(OH)2，两者均可以作为氧化吸附态CO的氧化剂。Pt-Sn是另一个研究较为广泛的二元催化剂。Sn的作用因加入方式的不同而不同，合金结构的Sn能引起Pt的d电子轨道部分填充，并引起Pt-Pt金属键的伸长。这不利于甲醇在Pt表面的吸附及C-H键的断裂，但能减弱C0等中间物在催化剂表面的吸附。Sn的助催化作用及含量目前仍存争议，但倾向于认为其作用是通过电子效应来实现的。2.阴极催化剂2．1氧的催化还原机制氧的直接4电子还原是其在DMFC阴极还原的理想途径，但实际的还原机制非常复杂，还原过程常伴有中间副产物双氧水和Pt氧化物的产生。前者有可能在反应过程中脱离而不能被进一步还原，从而导致氧的利用率降低；后者的生会导致催化剂活性降低。一般认为，氧分子中O-O键的断裂是氧还原反应的速度控制步骤。氧在Pt表面的初始吸附主要有直接解离吸附、平行于催化剂表面的分子吸附和垂直于催化剂表面的分子吸附3种方式。其中，前2种吸附方式使氧在Pt表面先解离形成吸附氧原子，有助于氧的还原反应按4电子过程进行而避免H202的生成。因此，氧电极催化剂的设计与制备应尽量使其表面状态有利于氧按这2种方式在其表面吸附。2．2阴极催化剂的研究现状由上述氧的催化还原机制可知，高效氧电极催化剂必须能够同时催化氧还原和过氧化氢分解。然而，不同反应对催化剂表面的要求有时是相互矛盾的，解决途径之一是采用混合催化剂，使各反应均能在对其有利的表面上进行。另外，甲醇会通过质子交换膜渗透到阴极，在阴极放电产生混和电位，从而导致电池性能降低。因此，DMFC氧电极催化剂还必须具有强的甲醇耐受性。2．2．1贵金属催化剂R0y等利用非金属元素N和S改性Pt／C催化剂制得N-Pt／C，s．Pt／C作为氧还原催化剂。研究结果表明，两者均具有比Pt／C更好的氧还原催化活性，而且桥式结合的S．Pt／C催化剂效果更好；Reeve等对催化剂Re-Ru-S／C和Mo-Ru-S／C的研究结果表明，S的存在提高了催化剂的氧还原催化活性和抗甲醇中毒性能；Xiong等采用HCoONa共还原的方法制备了Pt-MC(M=Fe，Co，Ni，Cu)合金催化剂，并进行了全电池性能研究，发现Pt-MC对氧的催化性能明显高于Pt／C，其中Pt：Co=7：1(摩尔比)的催化剂Pt．Co／C表现出最佳的催化效果；他们还发现对Pt．MC进行200℃的焙烧因可减少表面氧化物而有利于其催化性能的进一步提高；Drillet等-通过半电池比较研究了H2S04／CH30H体系中Pt和Pt70．Ni30作为阴极催化剂的性能，发现Pt70—Ni30无论氧还原催化活性还是耐甲醇能力都显著优于Pt；Li等[201利用醇还原的方法制备了Pt．Fe／C催化剂用于氧催化还原研究，发现Fe的添加有利于H202的分解，而且高温热处理可以使Pt．Fe／C的催化活性明显提高，其中300℃处理的Pt．Fe／C表现出最佳的催化性能；文献[21]制备了具有2nm微孔结构的Pt．FeP0用作氧电极催化剂。电化学测试显示，在Pt载量0．1mg／cm2，电位O．95V(vsRHE)时，该催化剂对氧催化还原的质量比活性达20．5～gPt，而E．TEK的商业Pt(质量分数为19．7％)／C催化剂在同条件下的质比活性仅为14．3眺”而且该催化剂还具有比上述E．TEK催化剂更高的抗甲醇中毒能力。这主要归结于其载体FePO结构上活跃的氧选择还原机制：氧首先吸附在铁的过氧化氢物种上，然后很快在Pt表面被还原成水。另外，在Pt．FePO催化剂中还观察到有Pt2+和Pt4+的存在，这预示着与金属态Pt相比离子态Pt催化剂的抗甲醇中毒性能更好。2．2．2非贵金属催化剂多年来，人们对于可替代贵金属的氧还原催化剂的探索一直在进行中。Appleby等回顾该领域的前期研究工作后提出非贵金属氧还原催化剂的研制更具吸引力。有机大环化合物对促进氧在阴极按4电子途径反应表现出较好的催化性能。其中，金属卟啉类材料因能有效促进H202分解、提高电池工作电压而成为氧电极较有希望的催化剂之一。但是，这类金属有机化合物的化学稳定性尤其是在高电位下的稳定性较差，其中金属离子如Co，Fe，Ni，Mn等在电池实际操作过程中会不可逆地溶解出来。目前，这些替代性的非贵金属电催化剂在酸性环境中的活性都不如铂，其耐久性也有待提高。3.结语经过多年的研究，DMFC电催化剂的开发已经取得了巨大的进步。但如何使电催化剂真正达到非贵金属化、使DMFC达到商品化仍是目前研究者面临的重要课题；探究催化剂的性能与其组成及微观结构之间的相互作用、阳极抗CO中毒机制、阴极氧吸附还原机制，开发高效、高活性、高分散的庖催化剂仍是当今的重要任务。参考文献杨水金;孙聚堂掺杂Tb3+离子的CaxSr1-xWO4的合成及其性质研究[期刊论文]-中国稀土学报2002(06)JianXG;ChenP;LiaoGX含二氮杂荼酮结构新型聚芳醚系列高性能聚合物的合成与性能[期刊论文]-ACTAPOLYMERICASINIC2003(04)3.尹本浩;何雅玲;李相霖直接液体甲醇燃料电池流场组织行为研究(I)传统对称流道电池的模型建立[期刊论文]-太阳能学报2008(09)4.D.S.Flett,in‘‘HYDROMETALLURGYResearch,DevelopmentandPlantPractice,’’ed.byK.Osseo-AsareandJ.D.Miller,TheMetallurgicalSocietyofAIME,Warrendale(1982),pp39–64.5.J.E.BarnesandJ.D.Edwards,Chem.6.M.Funaoka,Polym.Int.,47,277(1998).7.P.W.Atkins,‘‘PhysicalChemistry,’’6thed.,OxfordUniversityPress(1998),p936.8.M.L.Machesky,W.O.Andrade,andA.W.Rose,Chem.Geol.,102,53(1992).9.刘永江;陈松;胡桂林不同流道结构质子交换膜燃料电池内传递现象的三维模拟[期刊论文]-浙江大学学报2005(05)10.吴洪;王宇新;王世昌新型阻醇质子导电聚合物膜--PVA-Nafion共混膜的制备及性能研究[期刊论文]-高校化学工程学报2002(03)11.蒋淇忠;马紫峰;刘振泰液相进样直接甲醇燃料电